Põhiline muud

Ülijuhtivusfüüsika

Sisukord:

Ülijuhtivusfüüsika
Ülijuhtivusfüüsika

Video: FYYSIKA.EE: O.Noorkõiv ja ülijuhtivus 2024, Juuni

Video: FYYSIKA.EE: O.Noorkõiv ja ülijuhtivus 2024, Juuni
Anonim

Ülemineku temperatuurid

Enamikul teadaolevatest ülijuhtidest on üleminekutemperatuurid vahemikus 1 K – 10 K. Keemilistest elementidest on volframi madalaim üleminekutemperatuur, 0,015 K ja kõrgeim nioobiumi temperatuur, 9,2 K. Ülemineku temperatuur on tavaliselt väga tundlik magnetiliste lisandite olemasolu. Mõni osa miljonist tsingis sisalduvast mangaanist alandab näiteks üleminekutemperatuuri märkimisväärselt.

Spetsiifiline soojus- ja soojusjuhtivus

Ülijuhi termilisi omadusi saab võrrelda sama materjali omadustega, samal temperatuuril normaalses olekus. (Materjali saab suruda normaalsesse olekusse madalal temperatuuril piisavalt suure magnetvälja abil.)

Kui süsteemi sisestatakse väike kogus soojust, kasutatakse osa energiast võre vibratsiooni suurendamiseks (summa, mis on sama süsteemis normaalses ja ülijuhtivas olekus), ülejäänud osa kasutatakse suurendamiseks juhtivuselektronite energia. Elektronide elektrooniline erisoojus (C e) on elektronide poolt kasutatava soojuse osa suhe süsteemi temperatuuri tõusuni. Ülijuhi elektronide erisoojus varieerub absoluuttemperatuurist (T) normaalses ja ülijuhtivas olekus (nagu näidatud joonisel 1). Elektroonilist erisoojus on ülijuhtivad olekus (märkega C es) on väiksem kui tavalisse olekusse (tähistatud C en) temperatuuril piisavalt madal temperatuur, kuid C es muutub suuremaks kui C en nagu mistemperatuurist T c läheneb, misjärel langeb järsult C en klassikalisele ülijuhtide kuigi kõver on Ots kuju paigale T c for high-T c ülijuhtide. Täpsed mõõtmised on näidanud, et temperatuuridel, mis on tunduvalt madalamad siirdetemperatuurist, on elektroonilise erisoojuse logaritm proportsionaalselt temperatuuriga. See temperatuurisõltuvus koos statistilise mehaanika põhimõtetega viitab kindlalt sellele, et ülijuhtides olevatele elektronidele eraldatavate energiatasetasemete jaotuses on tühimik, nii et iga elektroni ergastamiseks olekust allpool on vaja minimaalset energiat. lõhe üle lõhe oleku. Mõned kõrge T- C ülijuhid annavad temperatuurile proportsionaalsele soojusenergiale täiendava panuse. See käitumine näitab, et on olemas elektroonilisi olekuid, mis kulutavad vähe energiat; täiendavaid tõendeid selliste olekute kohta saadakse optiliste omaduste ja tunnelimõõtmiste abil.

Soojusvoog proovi pindalaühiku kohta võrdub soojusjuhtivuse (K) ja temperatuurigradiendi △ T: J Q = -K △ T korrutisega, miinusmärk näitab, et soojus voolab alati soojemast külmemasse piirkonda. aine.

Soojusjuhtivus normaalses olekus (K n) läheneb soojusjuhtivusele ülijuhtivuses (K s), kui temperatuur (T) läheneb kõigi materjalide siirdetemperatuurile (T c), olgu need siis puhtad või ebapuhtad. See viitab sellele, et temperatuuri (T) lähenedes üleminekutemperatuurile (T c) läheneb iga elektroni energiavahe (Δ) nullile. See arvestaks ka asjaoluga, et ülijuhtivuses (C es) on elektrooniline erisoojus kõrgem kui tavalises olekus (C en) üleminekutemperatuuri lähedal: kui temperatuur tõuseb üleminekutemperatuuri (T c) poole, energiajuhe ülijuhtivas olekus väheneb, suureneb termiliselt ergastatud elektronide arv ja see nõuab soojuse neeldumist.